CN111910162A - 磁控溅射装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁控溅射装置，包括腔体，腔体的外部设有：处理器，用于在磁控溅射的过程中获取靶材的消耗信息，并根据消耗信息确定对磁场进行补偿的补偿信息；次生磁场源，与磁体相对设置且与处理器电性连接，用于根据补偿信息产生对应的次生磁场以对磁场进行补偿。本发明提供的磁控溅射装置，通过在腔体的外部设置处理器和次生磁场源，利用处理器获取靶材在磁控溅射过程中的消耗信息并根据消耗信息确定对磁体所产生的不均匀磁场进行补偿的补偿信息，然后控制次生磁场源根据补偿信息产生对应的次生磁场，通过次生磁场对磁体所产生的不均匀磁场进行补偿，从而提高靶材的利用率和基片上所成膜层的均匀性。本发明还提供一种磁控溅射方法。

Description

磁控溅射装置及方法

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种磁控溅射装置及方法。

背景技术

目前，显示面板行业大多使用磁控溅射法进行金属成膜。磁控溅射指的是电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，使其电离出氩正离子和新电子，氩正离子在电场的作用下加速飞向阴极靶材，并以高能量轰击靶材表面，使靶材发生溅射，并使溅射出的中性靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜的过程。

但是，由于磁控溅射的过程中磁场分布不均匀，会使靶材局部消耗相对较快，进而使靶材的利用率大大降低，同时，靶材局部消耗相对较快会使基片上形成的薄膜不均匀。

发明内容

因此，有必要提供一种磁控溅射装置及方法，用以解决现有的磁控溅射装置进行磁控溅射导致靶材的利用率低以及基片上形成的薄膜不均匀的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供一种磁控溅射装置，包括腔体，所述腔体的内部设有靶材承载板，所述靶材承载板用于承载靶材，所述腔体的外部设有磁体，所述磁体与所述靶材承载板相对设置，用于在磁控溅射的过程中进行往复运动以使所述腔体的内部产生磁场，所述腔体的外部还设有：

处理器，用于在磁控溅射的过程中获取所述靶材的消耗信息，并根据所述消耗信息确定对所述磁场进行补偿的补偿信息；

次生磁场源，与所述磁体相对设置且与所述处理器电性连接，用于根据所述补偿信息产生对应的次生磁场以对所述磁场进行补偿。

在一些实施例中，所述次生磁场源包括若干电磁感应单元，所述补偿信息包括对应于每一所述电磁感应单元的补偿电流值，每一所述电磁感应单元用于根据对应的所述补偿电流值产生对应的所述次生磁场以对所述磁场进行补偿。

在一些实施例中，所述靶材承载板竖直设置，所述磁体远离所述靶材承载板的表面划分为三个区域，三个所述区域从上到下依次为顶部区域、中间区域和底部区域；

所有所述电磁感应单元划分为两组，两组所述电磁感应单元分别设于所述顶部区域和所述底部区域；或者，

所有所述电磁感应单元均设于所述中间区域。

在一些实施例中，所述电磁感应单元包括电源子单元和线圈结构，所述线圈结构包括导体和缠绕于所述导体周侧的线圈；其中，

所述电源子单元分别与所述处理器和所述线圈连接，用于根据对应的所述补偿电流值产生对应的电流，并输入至所述线圈中，以使所述线圈结构产生对应的所述次生磁场。

在一些实施例中，所述腔体的外部还设有：

电源单元，与所述靶材承载板电性连接，用于向所述靶材承载板提供电源；

磁控单元，与所述磁体连接，用于控制所述磁体进行往复运动。

在一些实施例中，所述磁体包括三块子磁体，三块所述子磁体分别与三个所述区域对应，其中，对应所述顶部区域和所述底部区域的两个所述子磁体的极性相同，对应于所述中间区域的所述子磁体与另外两个所述子磁体的极性相反。

在一些实施例中，所述腔体的内部还设有：

基片承载板，与所述靶材承载板相对设置且位于所述靶材承载板远离所述磁体的一侧，用于承载待溅射的基片；

若干阳极板，位于所述靶材承载板远离所述磁体的一侧，且与所述靶材承载板之间留有空隙。

在一些实施例中，所述腔体、所述靶材承载板、所述基片承载板和所述阳极板的制作材料均为金属。

在一些实施例中，所述腔体的腔壁设有两气孔，所述腔体的外部还设有抽气单元和进气单元，所述抽气单元用于通过其中一个所述气孔抽取所述腔体的内部的气体，所述进气单元通过另外一个所述气孔向所述腔体的内部通入反应气体。

第二方面，本发明实施例提供一种磁控溅射方法，包括：

步骤S1，提供靶材、基片以及上述的磁控溅射装置；

步骤S2，在磁控溅射的过程中获取所述靶材的消耗信息，并根据所述消耗信息确定对所述磁场进行补偿的补偿信息；

步骤S3，根据所述补偿信息产生对应的次生磁场以对所述磁场进行补偿。

本发明提供的磁控溅射装置及方法，通过在磁控溅射装置的腔体的外部设置处理器和次生磁场源，利用处理器获取靶材在磁控溅射过程中的消耗信息并根据消耗信息确定对磁体所产生的不均匀磁场进行补偿的补偿信息，然后控制次生磁场源根据补偿信息产生对应的次生磁场，通过次生磁场对磁体所产生的不均匀磁场进行补偿，从而提高靶材的利用率和基片上所成膜层的均匀性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的磁控溅射装置的主视图。

图2为图1所示装置中磁体往复运动的示意图。

图3为图1所示装置中靶材的消耗情况示意图。

图4为图1所示装置中磁体的区域划分示意图。

图5为图1所示装置中电磁感应单元的第一种位置示意图。

图6为图1所示装置中电磁感应单元的第二种位置示意图。

图7为图1所示装置中电磁感应单元的结构示意图。

图8为本发明实施例提供的磁控溅射方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供一种磁控溅射装置，该磁控溅射装置包括一腔体1，腔体1的制作材料通常为金属，此处优选为不锈钢。

腔体1的内部设有一靶材承载板10，靶材承载板10的制作材料通常为金属，此处优选为铜或钛。靶材承载板10用于承载靶材101，图1所示的靶材承载板10竖直设置，此时其承载的靶材101附着于靶材承载板10的竖直面上，靶材101的设置方向可看作竖直方向。可以理解地，在其它实施例中，靶材承载板10还可水平设置，此时其承载的靶材101附着于靶材承载板的水平面上，靶材101的设置方向可看作水平方向。

腔体1的外部设有磁体20，磁体20优选为永磁体，其制作材料通常为金属，此处优选为铁氧体或汝铁硼。磁体20与靶材承载板10相对设置，用于在磁控溅射的过程中进行往复运动以使腔体1的内部产生磁场。请参阅图2，图2示出了图1所示的磁控溅射装置在沿侧视方向上的磁体20、靶材承载板10以及靶材101这三者各自的形状、尺寸，三者间的位置关系，以及磁体20进行往复运动的方向(如箭头所示方向)。其中，三者在沿侧视方向上均呈长方形，且靶材承载板10、靶材101和磁体20的宽度依次减小，靶材承载板10和磁体20的高度相等且均大于靶材101的高度。需要说明的是，磁体20、靶材承载板10以及靶材101这三者各自的形状、尺寸可根据实际情况进行调整，本发明实施例对此不做具体限定。

磁体20与靶材承载板10之间具有一定距离(图1已示出，图2未示出)，磁体20在靶材承载板10的竖直投影面内做左右方向的往复运动(图1未示出，图2已示出)，以使腔体1的内部产生磁场。

然而，磁体20在进行往复运动的过程中，产生的磁场并不均匀，这就使得靶材101消耗得不均匀。在图1和图2的基础上，请参阅图3，图3示出了图1所示的磁控溅射装置在沿侧视方向上靶材101的消耗情况，通常靶材101上下两端(斜线填充区域)的消耗大于中间区域(空白区域)的消耗，当靶材101的上下两端消耗殆尽时，靶材101的中间区域还有很大一部分未被消耗掉，如果继续使用该靶材101进行磁控溅射，则会使得承载靶材101的靶材承载板10对应于靶材101上下两端的区域中的物质被溅射于待溅射的基片上，从而影响基片上所成膜层的质量，因此为了提高膜层的质量，当靶材101上下两端消耗殆尽时，需要更换新的靶材101，这就造成了靶材101的利用率偏低。并且，靶材101消耗不均匀的同时会使得待溅射的基片上所成的膜层不均匀，通常，靶材101消耗的越多的区域，基片的对应区域上所成的膜层厚度越厚，靶材101消耗的越少的地方，基片的对应区域上所成的膜层的厚度越薄。

为了提高靶材101的利用率和基片上所成膜层的均匀性，请参阅图1，本发明实施例在腔体1的外部设置一处理器30和一次生磁场源40。

其中，处理器30用于在磁控溅射的过程中获取靶材101的消耗信息。需要说明的是，靶材101的消耗消息用于反映靶材101在磁控溅射的过程中的消耗情况，例如靶材101的各个区域的厚度数据，又例如轰击靶材的功率及持续时间。处理器30根据消耗信息可确定对磁体20所产生的不均匀磁场进行补偿的补偿信息。

次生磁场源40与磁体20相对设置且与处理器30电性连接，用于根据补偿信息产生对应的次生磁场，以对磁体20所产生的不均匀磁场进行补偿，使靶材101消耗较快的区域处的磁场强度降低，进而使靶材101消耗较快的区域降低消耗速度，或使靶材101消耗较慢的区域处的磁场强度增高，进而使靶材101消耗较慢的区域加快消耗速度，从而提高靶材101消耗的均匀性，进而提高靶材101的利用率，同时提高基片上所成膜层的均匀性。

本发明提供的磁控溅射装置，通过在磁控溅射装置的腔体1的外部设置处理器30和次生磁场源40，利用处理器30获取靶材101在磁控溅射过程中的消耗信息并根据消耗信息确定对磁体20所产生的不均匀磁场进行补偿的补偿信息，然后控制次生磁场源40根据补偿信息产生对应的次生磁场，通过次生磁场对磁体20所产生的不均匀磁场进行补偿，从而提高靶材101的利用率和基片上所成膜层的均匀性。

在一些实施例中，次生磁场源40包括若干电磁感应单元，此时处理器30产生的补偿信息包括对应于每一电磁感应单元的补偿电流值，每一电磁感应单元基于电磁感应效应，根据对应的补偿电流值产生对应的次生磁场，以通过产生的次生磁场对磁体20所产生的不均匀磁场进行补偿。

在一些实施例中，由上述实施例中的描述可知，靶材101上下两端的消耗大于中间区域的消耗，因此需要减弱靶材101上下两端的磁场强度以降低靶材101上下两端的消耗速度，或增加靶材101中间区域的磁场强度以加快靶材101中间区域的消耗速度。请参阅图4，图4示出了图1所示的磁控溅射装置在沿侧视方向上，将磁体20远离靶材承载板10的表面划分为从上到下的三个区域，并依次定义为顶部区域201、中间区域202和底部区域203。

请参阅图5，次生磁场源40中的所有电磁感应单元401均匀划分为两组。

其中一组电磁感应单元401设于磁体20远离靶材承载板10的表面中的顶部区域201，另外一组电磁感应单元401设于磁体20远离靶材承载板10的表面中的底部区域203。图5示出的两组电磁感应单元401分别以1行×n列的方式均匀排布于顶部区域201和底部区域203，其中，n为大于或等于1的整数。可以理解地，在其它实施例中，顶部区域201和底部区域203中电磁感应单元402的排布方式可不同，本发明实施例对此不作具体限定。

或者，请参阅图6，次生磁场源40中的所有电磁感应单元401均设于磁体20远离靶材承载板的表面中的中间区域202。图6示出的次生磁场源40中的所有电磁感应单元401以1行×n列的方式均匀排布于中间区域202，其中，n为大于或等于1的整数。可以理解地，在其它实施例中中间区域202中电磁感应单元402的排布方式可不同，本发明实施例对此不作具体限定。

在一些实施例中，请参阅图7，电磁感应单元401包括电源子单元4011和线圈结构4012，线圈结构4012包括导体40121和缠绕于导体40121周侧的线圈40122。其中，电源子单元4011分别与处理器30和线圈40122连接，用于根据对应的补偿电流值产生对应的电流，并输入至线圈40122中，以使线圈结构4012产生对应的次生磁场。

需要说明的是，通过改变输入至线圈40122中的电流的方向，可改变次生磁场的方向，通过改变输入至线圈40122中的电流的大小，可改变次生磁场的强度大小。

在一些实施例中，请参阅图1，腔体1的外部还设有：

电源单元100，与靶材承载板10电性连接，用于向靶材承载板10提供电源。需要说明的是，在磁控溅射的过程中，通过向靶材承载板10提供电源，并将阳极板60接地，可使腔体1的内部产生电场。

磁控单元110，与磁体20连接，用于控制磁体20进行往复运动。需要说明的是，在磁控溅射的过程中，通过磁控单元110控制磁体20进行往复运动以使腔体1的内部产生磁场。

可以理解的是，在电场和磁场的综合作用下，磁控溅射装置可以进行磁控溅射。

在一些实施例中，磁体20包括三块子磁体，三块子磁体与其远离靶材承载板10的表面的三个区域对应，其中，对应顶部区域201和底部区域203的两个子磁体的极性相同，对应中间区域202的子磁体与另外两个子磁体的极性相反。例如，顶部的子磁体与底部的子磁体的极性在远离靶材承载板10的一端的极性为南极S，靠近靶材承载板10的一端的极性为北极N；中间的子磁体在远离靶材承载板10的一端的极性为北极N，靠近靶材承载板10的一端的极性为南极S。

在一些实施例中，请参阅图1，腔体1的内部还设有：

基片承载板50，与靶材承载板10相对设置且位于靶材承载板10远离磁体20的一侧，用于承载待溅射的基片501。需要说明的是，基片承载板50活动式安装于腔体1的内部(图1未示出活动式的安装关系)，在磁控溅射之前，通过基片承载板10将基片501送入腔体1的内部，并调节自身的位置，使基片501与靶材101相距合适的距离，扩大了磁控溅射装置的应用范围，使其更具灵活性。

若干阳极板60，位于靶材承载板10远离磁体20的一侧，且与靶材承载板10之间留有空隙。需要说明的是，该空隙的宽度大于靶材101的厚度。图1所示的阳极板60的数量为两个，可以理解地，在其它实施例中，阳极板60的数量还可以为一个。

为了固定靶材承载板10和若干阳极板20，磁控溅射装置中还设有若干固定板70。图1所示的固定板70的数量为四个，其中两个固定板70具有相对的两面，其中一面与腔体1的腔壁连接，另外一面与靶材承载板10连接，用于将靶材承载板固定于腔体1的内部；另外两个固定板70具有对的两面，其中一面均与腔体1的腔壁连接，另外一面分别与两个阳极板60连接，用于将两个阳极板60固定于腔体1的内部。需要说明的是，固定板70的数量可根据实际情况具体调整，本发明实施例对此不做具体限定。

在一些实施例中，腔体1、靶材承载板10、基片承载板50和阳极板60的制作材料均为金属。其中，腔体1和基片承载板50的制作材料优选为不锈钢，靶材承载板10的制作材料优选为铜或钛，阳极板60的制作材料优选为铝合金。

在一些实施例中，请参阅图1，腔体1的腔壁设有两气孔，分别为抽气孔81和进气孔82，腔体1的外部还设有抽气单元91和进气单元92。其中，抽气单元91用于通过抽气孔81抽取腔体1的内部的气体，以将腔体1的内部抽成真空，使其气压低于10^-3Pa甚至10^-4Pa。进气单元92通过进气孔82向腔体1的内部通入反应气体，其中，反应气体优选为氩气，在其它实施例中，反应气体还可以为氧气或氮气。

请参阅图8，本发明实施例还提供一种磁控溅射方法，包括：

步骤S1，提供靶材101、基片501和上述的磁控溅射装置。

步骤S2，在磁控溅射的过程中获取靶材101的消耗信息，并根据消耗信息确定对磁场进行补偿的补偿信息。

步骤S3，根据补偿信息产生对应的次生磁场以对磁场进行补偿。

需要说明的是，该磁控溅射方法应用于上述的磁控溅射装置中，由于在磁控溅射装置的实施例中已详细说明该磁控溅射方法，因此此处不再赘述。

本发明实施例提供的磁控溅射方法，通过在磁控溅射装置的腔体1的外部设置处理器30和次生磁场源40，利用处理器30获取靶材101在磁控溅射过程中的消耗信息并根据消耗信息确定对磁体20所产生的不均匀磁场进行补偿的补偿信息，然后控制次生磁场源40根据补偿信息产生对应的次生磁场，通过次生磁场对磁体20所产生的不均匀磁场进行补偿，从而提高靶材101的利用率和基片501上所成膜层的均匀性。

作为一个优选的实施例，本发明实施例结合图1所示的磁控溅射装置(已放入靶材101)，对磁控溅射方法的全过程进行说明：

首先，真空单元91开启，通过抽气孔81将腔体1的内部抽成真空，使其气压低于10^{- 3}Pa甚至10^-4Pa。

然后，在上述基础上，通过基片承载板50将基片501送入腔体1的内部。

然后，在上述基础上，进气单元92开启，通过进气孔82将参与磁控溅射的反应气体通入至腔体1的内部。

在持续通气的基础上，开启电源单元100，为靶材承载板10提供电源，并将阳极板60接地，从而产生电场；并通过磁控单元110控制磁体20往复运动，产生磁场，在电场和磁场的综合作用下，磁控溅射装置开始磁控溅射。

在磁控溅射的过程中，通过处理器30获取靶材101的消耗信息，并根据消耗信息确定对磁场进行补偿的补偿信息，以使次生磁场源40根据补偿信息产生对应的次生磁场以对磁场进行补偿，提高靶材101消耗的均匀性，进而提高靶材101的利用率，同时提高基片501上所成膜层的均匀性。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种磁控溅射装置，包括腔体，所述腔体的内部设有靶材承载板，所述靶材承载板用于承载靶材，所述腔体的外部设有磁体，所述磁体与所述靶材承载板相对设置，用于在磁控溅射的过程中进行往复运动以使所述腔体的内部产生磁场，其特征在于，所述腔体的外部还设有：

处理器，用于在磁控溅射的过程中获取所述靶材的消耗信息，并根据所述消耗信息确定对所述磁场进行补偿的补偿信息；

次生磁场源，与所述磁体相对设置且与所述处理器电性连接，用于根据所述补偿信息产生对应的次生磁场以对所述磁场进行补偿。

2.如权利要求1所述的磁控溅射装置，其特征在于，所述次生磁场源包括若干电磁感应单元，所述补偿信息包括对应于每一所述电磁感应单元的补偿电流值，每一所述电磁感应单元用于根据对应的所述补偿电流值产生对应的所述次生磁场以对所述磁场进行补偿。

3.如权利要求2所述的磁控溅射装置，其特征在于，所述靶材承载板竖直设置，所述磁体远离所述靶材承载板的表面划分为三个区域，三个所述区域从上到下依次为顶部区域、中间区域和底部区域；

所有所述电磁感应单元划分为两组，两组所述电磁感应单元分别设于所述顶部区域和所述底部区域；或者，

所有所述电磁感应单元均设于所述中间区域。

4.如权利要求3所述的磁控溅射装置，其特征在于，所述电磁感应单元包括电源子单元和线圈结构，所述线圈结构包括导体和缠绕于所述导体周侧的线圈；其中，

所述电源子单元分别与所述处理器和所述线圈连接，用于根据对应的所述补偿电流值产生对应的电流，并输入至所述线圈中，以使所述线圈结构产生对应的所述次生磁场。

5.如权利要求3所述的磁控溅射装置，其特征在于，所述腔体的外部还设有：

电源单元，与所述靶材承载板电性连接，用于向所述靶材承载板提供电源；

磁控单元，与所述磁体连接，用于控制所述磁体进行往复运动。

6.如权利要求3所述的磁控溅射装置，其特征在于，所述磁体包括三块子磁体，三块所述子磁体分别与三个所述区域对应，其中，对应所述顶部区域和所述底部区域的两个所述子磁体的极性相同，对应于所述中间区域的所述子磁体与另外两个所述子磁体的极性相反。

7.如权利要求1所述的磁控溅射装置，其特征在于，所述腔体的内部还设有：

基片承载板，与所述靶材承载板相对设置且位于所述靶材承载板远离所述磁体的一侧，用于承载待溅射的基片；

若干阳极板，位于所述靶材承载板远离所述磁体的一侧，且与所述靶材承载板之间留有空隙。

8.如权利要求7所述的磁控溅射装置，其特征在于，所述腔体、所述靶材承载板、所述基片承载板和所述阳极板的制作材料均为金属。

9.如权利要求1所述的磁控溅射装置，其特征在于，所述腔体的腔壁设有两气孔，所述腔体的外部还设有抽气单元和进气单元，所述抽气单元用于通过其中一个所述气孔抽取所述腔体的内部的气体，所述进气单元通过另外一个所述气孔向所述腔体的内部通入反应气体。

10.一种磁控溅射方法，其特征在于，包括：

步骤S1，提供靶材、基片以及如权利要求1-9中任意一项所述的磁控溅射装置；

步骤S2，在磁控溅射的过程中获取所述靶材的消耗信息，并根据所述消耗信息确定对所述磁场进行补偿的补偿信息；

步骤S3，根据所述补偿信息产生对应的次生磁场以对所述磁场进行补偿。

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